L’originalité de ce projet consiste au développement et à l’étude de nouvelles structures hybrides à base de nanocelluloses et de polymères stimulables. En particulier, c’est le design d’hydrogels aux propriétés thermosensibles qui est visé. Les nanocelluloses - nanoparticules issues de la cellulose - sont de deux types : les nanocristaux de cellulose (CNCs) et les nanofibrilles de cellulose (CNFs) et possèdent des propriétés bien particulières. Cette étude s’est concentrée sur l’élaboration d’hydrogels de CNCs. Plusieurs polymères thermosensibles ont été utilisés pour leur biocompatibilité et leur température de solution critique (LCST) aux abords de la température du corps humain. Ce travail a consisté en (i) la préparation des systèmes sur les principes de la chimie verte, (ii) l’étude rhéologique de ces gels thermosensibles et (iii) l’élaboration d’applications à forte valeur ajoutée pour ces biomatériaux uniques. A travers l’utilisation de grands équipements (SANS, SAXS), les interactions physico-chimiques CNCs/polymères ont été étudiées. L’utilisation de block copolymères a permis l’obtention de suspension de CNCs aux propriétés rhéologiques spécifiques : de liquide a température ambiante à gel viscoélastique à température du corps. D’un point vue applicatif, les hydrogels ainsi réalisés ont permis le déploiement de systèmes injectables pour le biomédical ainsi que des surfaces thermosensibles.Mots clés : nanocristaux de cellulose, hydrogel, thermosensible, stimulable / This project consists to develop and study new hybrid structures based on nanocelluloses and stimuli-responsive polymers, in particular, thermo-responsive polymers. Nanocelluloses - nanoparticles extracted from cellulose - exist in two forms: cellulose nanocrystals (CNCs) and cellulose nanofibrils (CNFs). This study focused on the design of CNCs hydrogels with stimuli-responsive polymers. Several thermo-responsive polymers have been used for their biocompatibility and lower critical solution temperature (LCST) close to body temperature. This work consisted of (i) preparation of systems using the principles of green chemistry, (ii) the rheological study of these thermo-sensitive hydrogels, and (iii) the development of smart applications for these unique biomaterials. Through the use of state of the art technologies (SANS, SAXS), physicochemical interactions between the polymers and CNCs have been studied. The use of block copolymers made it possible to create CNCs-based hydrogels with specific rheological properties: liquid at ambient temperature to viscoelastic gel at body temperature. These hydrogels can be used in the creation of injectable systems for biomedical applications, as well as thermosensitive surfaces.Key-words: Cellulose nanocrystals, hydrogel, thermo-responsive, stimuli-responsive

Le but de ce projet est de concevoir un nouveau type d'étiquette ‘écologique', n'utilisant pas de dorsale siliconé. Ainsi, la couche d'adhésif est remplacée par une couche de microcapsules d'adhésif. Ces microcapsules doivent avoir une paroi suffisamment étanche et résistante pour envelopper l'adhésif et ne pas se rompre lors des étapes de fabrication du produit. Par contre, elles doivent céder sous l'effet d'une pression et libérer l'adhésif au moment de leur utilisation. Dans un premier temps, 3 adhésifs en émulsion aqueuse ont été caractérisés en vue de leur microencapsulation. Par la suite, un adhésif a été sélectionné et encapsulé par coacervation (avec des biomatériaux comme carapace) et par polymérisation in situ aminoplaste. Ensuite, 2 autres procédés d'encapsulation d'adhésif réalisés au LAGEP (le spray-drying et le spray-cooling) ont été comparés avec les 2 techniques précédentes. Les capsules produites par spray-cooling, les plus adhésives, ont permis la formulation d'un bain d'enduction en vue d'un couchage des capsules à l'aide d'une barre de Meyer, et par procédé sérigraphique. La compatibilité de ces microcapsules avec le procédé de fabrication d'une étiquette autoadhésive classique, sur une rotative d'impression flexographique, a été montrée. Les caractéristiques finales du produit ainsi fabriqué (adhésion, pression d'application) ont été comparées avec celles de différents produits autoadhésifs industriels (étiquette, enveloppe et timbre). / The main objective of this investigation is to prepare innovative silicone liner-free labels. It can be achieved by the adhesive ‘self protection', thanks to its incorporation into microcapsules. This allows the preparation of ‘dry labels' gluing under the application of a pressure, which induces the rupture of the microcapsules, thus releasing the core material, a pressure sensitive adhesive. The first step was to analyse 3 water-based PSA in view of their encapsulation. Then, the most suitable adhesive was microencapsulated by coacervation (using biopolymer as shell) and by in situ polymerisation. Two other encapsulation processes (spray-cooling and spray-drying), were also carried out at the LAGEP and were compared with the 2 former processes. Coating colour formulations were prepared with spray-cooling microcapsules (the most adhesive ones). Coating trials were carried out with a Meyer rod, and by screen printing. Compatibility between microcapsules and the label making process, using a flexographic printing press, was determined. Finally, the mains characteristics of the prepared innovative products (adhesion, application pressure) were compared to industrial self-adhesive homologues, and found that they could be suitable for the preparation of silicon liner-free envelops and stamps.

Ce travail se situe dans un contexte de développement de matériaux barrières pour l'emballage alimentaire papier-carton utilisant des microfibrilles de cellulose (MFC), ce qui donne une dimension renouvelable, recyclable, et biodégradable. Pour cela, deux stratégies ont été étudiées : l'utilisation des MFC pour la formation d'une couche barrière laminée à l'état humide sur carton, et en tant qu'additif dans une sauce de couchage barrière base aqueuse. Il a été montré que l'utilisation des MFC pour la production de couches barrières est prometteuse dans les deux cas. La lamination de MFC sur carton a permis d'obtenir de bonnes propriétés barrières à l'oxygène et à la graisse en utilisant des MFC hautement fibrillées. L'association carton-MFC a présenté une forte adhésion après séchage, permettant d'éviter l'utilisation de colle. Dans le cas du couchage composite, en vue de diminuer la viscosité et améliorer la barrière, il a été trouvé préférable d'utiliser un faible taux de MFC dans un alcool polyvinylique (PVOH) complètement hydrolysé ayant un faible degré de polymérisation. L'ajout de MFC dans une sauce de couchage composite a montré leur capacité à améliorer la cinétique de séchage du PVOH. L’utilisation combinée de MFC et de charges lamellaires a présenté un effet de synergie sur leurs états de dispersions dans une solution de PVOH, permettant leur utilisation pour l'amélioration de la barrière à la vapeur d'eau en conditions humides, tout en évitant la formation d'agrégats qui détérioreraient la barrière à l'oxygène. Ce travail a contribué à démontrer le potentiel des MFC pour la formation de couches barrières, ouvrant la voie au développement de nouveaux matériaux d'emballages plus responsables. / This study takes place in a context of development of paper-based barrier packaging materials, using of microfibrillated cellulose (MFC) that brings renewability, recyclability, and biodegradability. Two strategies have been investigated: the wet lamination of a MFC barrier layer on board, and the use of MFC as additive in a water-based barrier coating colour. The promising use of MFC for the formation of barrier layers has been demonstrated in both cases. The wet lamination of MFC on board led to good oxygen and grease barrier properties, using highly fibrillated MFC. The board-MFC complex presented a strong adhesion after drying, without requiring glue. In the case of barrier coating, in order to obtain a low viscosity suspensions leading to high barrier layers, the use of highly fibrillated MFC mixed with a fully-hydrolysed poly(vinyl alcohol (PVOH) of low degree of polymerisation has been preferred. The addition of MFC in PVOH demonstrated its potential for improving the drying behaviour of water-barrier barrier coating colours. The combined use of MFC and layered silicates evidenced a synergistic effect on their dispersion in a PVOH solution, leading to an improved water vapour barrier while avoiding the formation of aggregates that otherwise damage the oxygen barrier. The work contributed to demonstrate the potential of MFC to be used for the formation of barrier layers, paving the way for the development of more sustainable barrier packaging materials.

L’originalité de ce travail est d’utiliser de la lignine, une macromolécule aromatique extraite de la biomasse lignocellulosique, en remplacement de résines pétrosourcées pour la formulation d’encres à destination de l’emballage alimentaire. Différentes modifications chimiques ont été réalisées sur des lignines commerciales afin de les rendre compatibles avec les composants utilisés dans la formulation des encres. Les réactifs et les procédés mis en place ont été choisis afin de limiter l’impact environnemental sur l’ensemble de la chaîne de valeur. Les modifications chimiques ont été mesurées par différentes techniques analytiques telles que la GPC SEC pour la distribution des masses molaires et la spectrométrie RMN et FTIR pour la mesure des groupements fonctionnels de la lignine. Les propriétés des encres obtenues ont été caractérisées par des mesures rhéologiques et colorimétriques (système CIE L*a*b*) sur des essais d’impression. Parmi les résultats notables, des changements au niveau de l’équilibre hydrophile/hydrophobe ont été particulièrement remarqués. Qui plus est, les encres à base de lignines modifiées chimiquement ont permis une amélioration du gamut de couleur par rapport à celles contenant de la lignine brute. A l’issue de ces travaux, deux applications ont été proposées Des encres biosourcées à base de lignine qui répondent à la majorité des exigences industrielles ont été formulées. De plus, une formule d’enduction à base de lignine modifiée améliorant les propriétés barrières des papiers recyclés a été développée avec succès. / The originality of this work is to use lignin, an aromatic macromolecule from lignocellulosic biomass, in replacement of petroleum-based resins for the formulation of inks for food contact packaging applications. Different chemical modifications were carried out on commercial lignins, in order to make them compatible with the ink components. Used reagents and processes were chosen in order to limit the environmental impact of the whole value chain. Chemical modifications were monitored by several analytical techniques such as GPC SEC for the molar mass distribution and NMR and FTIR spectrometry for the monitoring of lignin functional groups. Ink properties were characterized by rheological and colorimetric (CIE L*a*b* system) measurements on printed samples. Among the significant results, changes in hydrophilic/hydrophobic balance were particularly noticed. Furthermore, the colour gamut of modified lignin-based inks was enhanced, compared to the one of unmodified lignin-based inks. Two applications emerged from this work: (1) formulation of lignin-based bio-sourced inks, which meet most of the industrial requirements, and (2), development of a modified lignin-based coating which improved barrier properties of recycled paperboard.

Les interventions chirurgicales avec prothèses pour défauts de soutènement ont déjà nécessité l'implantation de plus d'un million de prothèses dans le monde. L'indication des prothèses de soutènement synthétiques non résorbables a permis de diminuer les récidives à court terme mais présente une incidence non négligeable de complications postopératoires. Le taux de réinterventions reste encore trop élevé. Cette thèse a pour objectif d'apporter de nouvelles propriétés à ces prothèses de polypropylène, pour à la fois améliorer leur résistance à l'infection et permettre leur visualisation en IRM clinique. Des treillis libérant des antibiotiques de façon contrôlée sont développés par enduction de polymère dégradable et biocompatible contenant des antibiotiques. Cette enduction présente une activité antibactérienne in vivo significative. Une autre enduction de polymères dégradables ou non dégradables, par une technique de pulvérisation par aérographie, permet une visualisation en IRM des treillis in vitro et après implantation. La stabilité du polymère greffé avec l'agent de contraste autorise une visualisation des treillis pendant au moins douze mois. / Surgical procedures with synthetic meshes have yet allowed more than one million operations. Non absorbable synthetic mesh used has permitted to decrease clinical recurrence at short term, but post operative complications still exist. Re operation rate is still too high. This study aims to develop new properties for those polypropylene meshes, such as infection resistance and MRI visualization. Meshes with controlled release of antibiotics were obtained after polymer coating and showed a significant in vivo antibacterial effect. Another mesh coating, with an aerograph procedure, has allowed MRI mesh visualization. To visualize by MRI, meshes after implantation, two new MRI visible polymer (degradable and non degradable) were coated onto meshes using an airbrush system. This coating allows the visualization of meshes in vitro and in vivo with experimental and clinical MR equipments. The stability of the MRI visible polymers permits to in vitro to visualize meshes during at least one year.

Ce travail est consacré à l'élaboration et à la caractérisation des trois éléments d'une cellule SOFC fonctionnant à température intermédiaire (650-750°C). <br />Une conductivité purement ionique de 9x10-3 S.cm-1 a été mesurée à 700°C sur l'électrolyte retenu de composition La9Sr1Si6O26,5. Cette céramique de structure apatite est stable chimiquement au contact du matériau de cathode conducteur mixte Nd1,95NiO4+Δ. L'étude de la réduction de l'oxygène a montré que l'étape limitante est le transfert des ions oxyde à l'interface cathode/électrolyte. Le cermet anodique Ni-apatite a été élaboré par imprégnation de la matrice poreuse d'apatite par un sel de nickel. Cette méthode permet une meilleure stabilisation du nickel dans la structure hôte. Ces travaux mettent en évidence l'intérêt d'une nouvelle cellule SOFC fonctionnant à température intermédiaire composée d'électrolyte de structure apatite.

Les fluides à seuil sont des matériaux utilisés dans de nombreux procédés industriels au cours desquels ils sont mis en écoulement via leur interaction avec des outils solides. Afin de mieux comprendre comment ils s'étalent sur des surfaces, nous avons étudié d'une part leur enduction verticale sur une plaque mince et d'autre part leur étalement horizontal à l'aide d'une lame. Ces deux études se sont appuyées sur des mesures macroscopiques permettant de suivre la force appliquée à l'outil et des mesures microscopiques de PIV pour déterminer les champs de vitesse dans le matériau. Après confirmation de leur validité par comparaison avec nos résultats expérimentaux, des simulations numériques basées sur la programmation conique ont permis de préciser les écoulements en jeu. Pour l'enduction par trempage, nous observons que dans notre gamme d'étude, le dépôt de fluide à seuil sur la plaque est millimétrique et d'épaisseur constante, sauf aux extrémités. Selon le rapport des forces visqueuses et plastiques, l'enduction est régie par un équilibre "seuillo-gravitaire" ou "visco-gravitaire". Nous avons ensuite caractérisé l'écoulement généré dans le bain par le déplacement de la plaque afin d'expliciter l'origine du phénomène d'enduction. Les simulations numériques précisent la forme de cet écoulement. L'étalement horizontal dans un canal à l'aide d'une lame mince conduit au déplacement d'un amas de fluide faiblement cisaillé par rapport à une région de fluide au repos, par l'intermédiaire d'une couche cisaillée. Nous montrons qu'un modèle simple permet de prédire la dynamique de croissance de l'amas et la relie à la force normale à la lame / Yield stress fluids are used in various industrial processes in which solid tools make them flow. To have a better understanding on how they spread on surfaces, we first studied the vertical coating on a thin plate and then the horizontal blade-coating. Both studies are based on macroscopic measures recording the force applied on the plate and on the microscopic determination on the velocity fields in the fluid by PIV. Numerical simulations based on cone programming, which validity had been confirmed in comparison to our experimental results, specified the flows at stake. In dip-coating, we observed than within our framework, the yield stress fluid deposit on the plate is millimetric and of constant thickness, except on the tips. According to the value of the viscous over plastic forces ratio, the coating is led by a "yield-gravity" or a "visco-gravity" balance. Then, we characterized the flow generated in the bath by the plate displacement in order to clarify the origin of the coating phenomenon. The numerical simulations specified the flow characteristics. The horizontal blade-coating in a channel involves the displacement of a weakly sheared cluster of fluid in relation to a part of fluid at rest, through a sheared layer. We showed that the growing dynamic of the cluster is described with a simple model which links it to the normal force to the plate

Pour les applications aéronautiques, les fibres en céramique piézoélectrique à âme métallique permettent d'imaginer des solutions pour avoir des dispositifs actifs et des capteurs complétement intégrés dans des structures, telles que les composites renforcés par des fibres.La démarche de cette étude est d'élaborer et de caractériser de telles fibres qui présentent de nombreux avantages : l'activation en mode radial permet d'utiliser de faibles tensions de commandes, l'utilisation d'un cœur et d'une matrice conducteurs permet de s'affranchir du dépôt d'électrodes et de garantir leur continuité, la présence d'un coeur métallique améliore la résistance mécanique de la fibre, l'utilisation sous forme de fibres fines et longues permet de l'intégrer à des profils de formes complexes sur de grandes longueurs. Dans un premier temps, le procédé d'enduction est utilisé pour la réalisation de ces fibres en déposant des particules céramiques à base de titano-zirconate de plomb (PZT) sur des fils de platine. Le développement et l'optimisation d'un procédé multicouche permet de réaliser des fibres avec des épaisseurs parfaitement contrôlées pour obtenir les capacités de déformations optimales en alternant des cycles dépôt/traitement thermique avant une opération de frittage finale. La caractérisation d'échantillons massifs traités dans les mêmes conditions permet de s'assurer des propriétés piézoélectriques atteintes pendant les différents traitements thermiques. Les caractérisations électromécaniques réalisées sur les fibres permettent de vérifier le comportement en tant qu'actionneur et que capteur, bien qu'il s'avère difficile de remonter aux caractéristiques intrinsèques des fibres.Dans un second temps, une réflexion est menée sur les moyens à mettre en oeuvre pour envisager un développement à grande échelle de ce type de fibre. Dans ce sens, des expérimentations sur la mise en place du procédé continu de coextrusion avec un polymère chargé sont menées, de même que sur la réduction de la température de frittage à l'aide d'additifs pour substituer les fils en platine, mais aussi sur la réduction du temps de frittage à l'aide de techniques non conventionnelles comme le frittage laser et le frittage micro-ondes. Ces investigations ouvrent des pistes sérieuses pour imaginer une production continue de fibres piézoélectriques à âme métallique.Enfin, des travaux de modélisation par éléments finis du comportement de ces fibres, intégrées ou non dans une structure, permettent de mettre en évidence l'influence du dimensionnement des fibres sur les déformations résultantes, en fonction notamment de l'épaisseur du matériau actif déposée et des propriétés élastiques des différents éléments. Différentes configurations sont imaginées pour utiliser ces fibres dans des structures en tant qu'actionneur et capteur.

L'objectif de ce projet de recherche est la mise au point et l'utilisation de charges inorganiques barrière aux rayonnements infrarouge pour la préparation de matériaux d'enduction à base de plastisols PVC. Dans un premier temps, cette étude a été consacrée à la caractérisation rhéologique, morphologique et optique de la matrice PVC et à l'élaboration de nouvelles formulations, en incorporant dans le plastisol des charges commerciales de natures chimiques différentes (nacre, billes de verre, alumine, oxyde de Zinc, TiO2 …). Ensuite, des mesures radiatives sur des films de plastisols chargés à différents taux massiques ont été réalisées dans le but de sélectionner les charges présentant les meilleures performances optiques. Enfin, les formulations optimales ont été enduites sur un textile polyester et la stabilité des revêtements soumis à des rayonnements UV a été suivie par plusieurs techniques analytiques. Diverses caractérisations mécaniques, esthétiques et morphologiques sont venues compléter cette étude. Dans un second temps, un modèle de transfert radiatif permettant de simuler la propagation du rayonnement dans les systèmes de protection développés a été testé / This project aims to develop new filled PVC plastisol composite offering enhanced optical properties. Different types of inorganic fillers were tested and added to the PVC matrix. Rheological, morphological and optical characterization of the PVC matrix and development of new formulations by incorporation of different fillers (nacre, glass beads, alumina, zinc oxide, TiO2 ...) were the subject of the first phase of the project. Then, radiative measurements on plastisol films loaded at different mass ratios were performed in order to select the fillers having the best optical performance. The second phase was dedicated to the validation and the testing of the optimal formulations coated on polyester textile substrate. Different analytic technics were used in order to rank the UV stabilization as a function of the tested formulations. In addition, mechanical, aesthetic and morphological characterizations were used to complete this study. Finally, radiative transfer model was developed to simulate the radiative behavior of the different formulations

Pour les applications aéronautiques, les fibres en céramique piézoélectrique à âme métallique permettent d'imaginer des solutions pour avoir des dispositifs actifs et des capteurs complétement intégrés dans des structures, telles que les composites renforcés par des fibres.La démarche de cette étude est d'élaborer et de caractériser de telles fibres qui présentent de nombreux avantages : l'activation en mode radial permet d'utiliser de faibles tensions de commandes, l'utilisation d'un cœur et d'une matrice conducteurs permet de s'affranchir du dépôt d'électrodes et de garantir leur continuité, la présence d'un coeur métallique améliore la résistance mécanique de la fibre, l'utilisation sous forme de fibres fines et longues permet de l'intégrer à des profils de formes complexes sur de grandes longueurs. Dans un premier temps, le procédé d'enduction est utilisé pour la réalisation de ces fibres en déposant des particules céramiques à base de titano-zirconate de plomb (PZT) sur des fils de platine. Le développement et l'optimisation d'un procédé multicouche permet de réaliser des fibres avec des épaisseurs parfaitement contrôlées pour obtenir les capacités de déformations optimales en alternant des cycles dépôt/traitement thermique avant une opération de frittage finale. La caractérisation d'échantillons massifs traités dans les mêmes conditions permet de s'assurer des propriétés piézoélectriques atteintes pendant les différents traitements thermiques. Les caractérisations électromécaniques réalisées sur les fibres permettent de vérifier le comportement en tant qu'actionneur et que capteur, bien qu'il s'avère difficile de remonter aux caractéristiques intrinsèques des fibres.Dans un second temps, une réflexion est menée sur les moyens à mettre en oeuvre pour envisager un développement à grande échelle de ce type de fibre. Dans ce sens, des expérimentations sur la mise en place du procédé continu de coextrusion avec un polymère chargé sont menées, de même que sur la réduction de la température de frittage à l'aide d'additifs pour substituer les fils en platine, mais aussi sur la réduction du temps de frittage à l'aide de techniques non conventionnelles comme le frittage laser et le frittage micro-ondes. Ces investigations ouvrent des pistes sérieuses pour imaginer une production continue de fibres piézoélectriques à âme métallique.Enfin, des travaux de modélisation par éléments finis du comportement de ces fibres, intégrées ou non dans une structure, permettent de mettre en évidence l'influence du dimensionnement des fibres sur les déformations résultantes, en fonction notamment de l'épaisseur du matériau actif déposée et des propriétés élastiques des différents éléments. Différentes configurations sont imaginées pour utiliser ces fibres dans des structures en tant qu'actionneur et capteur. / Metal core piezoelectric fibres are suitable for active devices and sensors fully embedded in structuresas fibres reinforced polymers for aeronautic applications.The aim of this study is to develop and characterize such fibres that have many advantages: radial mode activation allows the use of low voltage control, the use of a core and a conductive matrix eliminates the deposition of electrodes and the necessity to maintain their continuity, the presence of a metal core improves the mechanical strength of the fibre, the use of thin and long fibres permits their integration in profiles with complex shapes over long distances.In a first step, a dip-coating process is used to realize such fibres by depositing ceramic particles based on lead zirconium titanate (PZT) on platinum wire. The development and optimization of a multilayer process, by alternating deposition cycles / heat treatment prior to the final sintering step, lead to the production of fibres with perfectly controlled thickness in order to obtain optimal strain capability. Characterization of bulk samples under the same thermal conditions allows to measure equivalent piezoelectric properties as fibres submitted to the same heat treatments. Electromechanical characterizations performed on the fibres confirm their behaviour as actuator and sensor, although it is still difficult to determine the effective piezoelectric properties of the fibres.In a second step, the possibility to develop a large-scale production of this type of fibre is investigated.In this regard, experiments are carried on coextrusion process with a PZT loaded polymer, as well as the reduction of the sintering temperature by using additives to replace the platinum core. In addition, reducing the sintering time using unconventional techniques such as laser sintering and microwave sintering are investigated. It is then open serious leads to imagine a continuous production of metal core piezoelectric fibres.Finally, a finite element modelling approach of the behaviour of these fibres, integrated or not in a structure, allows to highlight the influence of fibre sizing on the resulting strains, in particular according to the thickness of the active deposited material and elastic properties of the individual elements (metal core, matrix). Different configurations are analysed to use these fibres in structures as actuator and sensor.